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Title in Portuguese: Conversor CA-CC monofásico bidirecional com estágio integrado e isolação em alta frequência aplicável a carregamento on-board de veículos elétricos
Author: Barbosa, Samanta Gadelha
Advisor(s): Oliveira Júnior, Demercil de Souza
Co-advisor(s): Almeida, Bruno Ricardo de
Keywords: Engenharia elétrica
Veículos elétricos
Conversores de corrente elétrica
Single-stage CA-CC converter
Dual active bridge
Electrical vehicles
Issue Date: 7-Feb-2020
Citation: BARBOSA, S. G. Conversor CA-CC monofásico bidirecional com estágio integrado e isolação em alta frequência aplicável a carregamento on-board de veículos elétricos. 2020. 142 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020.
Abstract in Portuguese: Este trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de um conversor monofásico CA-CC bidirecional de estágio único e com isolação em alta frequência aplicável a veículos elétricos. O conversor proposto utiliza-se do conceito de interleaving e acoplamento de células de comutação para obtenção de um protótipo com alta densidade de potência. Tais vantagens tornam a topologia uma potencial solução para aplicações em níveis de potência similares àqueles requeridos em carregadores onboard, bem como nas situações onde peso e volume devam ser limitados. Desta forma, neste trabalho é desenvolvida uma análise teórica da estrutura proposta, validada por simulação através do software PSIM e por resultados experimentais utilizando-se de um protótipo de 1kW. Ensaios em malha fechada são apresentados, verificando o desempenho dinâmico e a capacidade de estabilização dos controladores. Sendo a topologia bidirecional, ensaios no modo retificador e inversor são discutidos, comprovando a capacidade de operação em ambos os modos com eficiência de 90%. No modo retificador o FP foi de 0,996 com THD de corrente de 2,8%, e no modo inversor, conectando uma fonte CC à rede elétrica, o FP foi de 0,995 com THD de 7,6%. Os resultados foram satisfatórios, validando a análise teórica e, consequentemente, a eficácia da topologia em aplicações com alta densidade de potência, porém algumas melhorias como integração de magnéticos e técnicas de comutação suave demonstram-se necessárias para elevação de sua eficiência, tornando-a uma estrutura adequada a aplicações em veículos elétricos com carregadores on-board.
Abstract: This work proposes the study and development of a bidirectional single-phase AC-DC converter with single stage and high frequency isolation, feasible to electrical vehicles. The proposed converter is based on the interleaving concept and switching cells coupling to obtain a prototype with high power density. Those characteristics make the topology an excellent solution for applications with high power level where weight and volume must be limited. Thus, within this work is developed a theoretical analysis for the proposed structure, validated through simulation on the software PSIM and experimental results using a 1kW prototype. Closed loop tests are presented verifying the dynamic performance and the controller’s stabilization capabilities. Being this topology bidirectional, assays on both rectifier and inverter modes are discussed, proving the capability of operation in both modes with 90% efficiency. In rectifier mode the FP was 0.996 with current THD of 2.8% and in inverter mode, connecting a DC source to the power grid, the FP was 0.995 with current THD of 7.6%. The obtained results were satisfactory, validating the theoretical analysis and, consequently, the topology efficacy in applications with high power density, however some improvements like magnetics integration and zero voltage switching showed up to be necessary in order to elevate its efficiency, making the structure more adequate for applications on electrical vehicles with on-board chargers.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/50535
metadata.dc.type: Dissertação
Appears in Collections:DEEL - Dissertações defendidas na UFC

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